Заповедник "Убсунурская котловина" расположен на территории Убсунурской котловины. Семь из девяти кластерных участков расположены в Убсунурской котловине, а остальные два - в отрогах хребта Западные Саяны. Убсунурская котловина расположена на границе Республики Тыва и Монголии между 48-50° с. ш. и 91-99° в. д. Протяженность ее с севера на юг 160 км, с запада на восток 600 км. С севера котловину ограничивают хребты Западный и Восточный Танну-Ола и нагорье Сангилен, с юга - хребты Булнай-Нуру и Хан-Хухэй, с запада - хребет Цаган-Шибету и примыкающие к Монгольскому Алтаю массивы Турген-Ула и Хархира, с востока ее ограничивает водораздел с бассейном реки Дэлгэр-Мурэн. Котловина бессточная. Соленое озеро Убсу-Нур размером 80x70 км и глубиною около 15 м лежит в западной ее части, на абсолютной высоте 1000 м. Оно играет роль небольшого внутреннего моря, куда стекают воды со всей котловины.
Заповедник расположен в республике Тыва. Включает несколько участков: Улар - высокогорный природный комплекс, включающий гольцовую зону, горную тундру, альпийские луга, верхнюю и среднюю часть долины реки Улар. Цугээр-Элс - охватывает крупные аридные пески, участки ковыльной и опустыненной степи со скалистыми останцовыми горами, часть левобережья реки Тес. Ямаалыг - останец с подгорной равниной, занятой сухой степью.
Участок взят под охрану как культурно-исторический памятник (множество древних курганов, наскальных рисунков) Арысканныг - высокогорный и горно-таежный пояс бассейна реки Арысканныг на южном склоне хребта Танну-Ола. Оруку-Шынаа - водно-болотные угодья, заросли тростника, мелколесье. Убсу-Нур - часть акватории оз.Убсу-Нур, водно-болотные угодья. Кара-Холь - гольцовый пояс, горные тундры, альпийские луга, лесной пояс, степи (луговые, каменистые). Хан-Дээр - гольцы, участки тундр, фрагменты субальпийских лугов. Преобладает лесной пояс, встречаются степи. Монгун-Тайга - находится на самой высокой точке (3970 м. над у.м.) включает ледниковую часть массива Монгун-Тайга.
Убсунурская котловина - одно из уникальных мест Внутренней Азии, где природа создала исключительное явление - своеобразный "парад ландшафтов", отличающихся необычайным разнообразием. Расположенная на границе Монголии и Тывы, замкнутая горами, с большим соленым озером Убсу-Нур на ее днище и реками, сбегающими к центру с горных хребтов, Убсунурская котловина являет собой удивительное сочетание экосистем, представляющих почти все природные зоны умеренного пояса Земли и почти три четверти экосистемного разнообразия внетропической части Евразии. Это делает ее своего рода моделью мира -"маленькой биосферой", живущей по тем же законам, что и вся биосфера планеты.
Главной уникальной природной особенностью Убсунурской котловины является наличие почти всех ландшафтов умеренного пояса Земли на очень ограниченном пространстве, отличающихся к тому же высоким биоразнообразием. На дне котловины распространены песчаные и глинистые пустыни, на подгорных равнинах (белях) - сухие степи.
Выше по склонам гор прекрасно выражена вертикальная поясность: настоящие высокотравные степи переходят в лесостепи, затем - в лиственничные и кедровые леса. И, наконец, на вершинах располагаются сухие и болотистые тундры и гольцы. Долина реки Тес-Хем занята пойменными лесами, а в ее обширной дельте лежат плавни. Здесь можно выделить два пояса "сгущения жизни": подгорный и приозерный. Наибольшим природным и экосистемным разнообразием отличается Котловина Больших Озер, самое северное из которых, озеро Убсу-Нур.
Второй важной особенностью Убсунурской котловины является резкая выраженность биосферных процессов. Благодаря небольшим размерам котловины природные пояса и зоны в ней, а также переходы между ними занимают небольшое пространство и представлены очень четко. Как известно, главными факторами, обусловливающими функционирование биосферной "машины", являются тепло, влага и необходимые количества углерода, азота и других элементов. Изучение их миграции и распределения, а также изучение реакции живых организмов, биогеоценозов и природных комплексов на воздействие естественных и антропогенных факторов в Убсунурской котловине может быть организовано удобнее, чем где бы то ни было. Таким образом, Убсунурская котловина может считаться природной биосферной лабораторией с разнообразными ландшафтами, оптимальными для изучения биосферных процессов.
На территории заповедника растений всего 1072 видов, выявлено 41 редких видов, 7 из них помещены в "Красную книгу РСФСР, растения" и 29 в "Красную книгу Республики Тыва, растения".
Птицы: аист чёрный, гриф чёрный, гусь горный, дрофа, колпица, красавка, орлан-белохвост, орлан-долгохвост, пеликан кудрявый, подорлик большой, пустельга степная
Млекопитающие: баран горный, волк красный, дзерен монгольский, ирбис, манул, олень северный, перевязка, тушканчик карликовый пятипалый, тушканчик мохноногий